The chemical diversity and structural complexity of lignin, an abundant biopolymer found in vascular plants, present a multitude of opportunities for the modification and fine-tuning of its properties to suit downstream demands. In this thesis, microwave-assisted strategies were explored as efficient and environment-friendly pathways for lignin valorization towards value-added material applications. First, the mild microwave-assisted organosolv extraction of lignin from spruce wood was demonstrated. The effective deconstruction of lignocellulosic structures by microwave irradiation led to the rapid extraction of structurally intact lignin with preserved β-aryl ether linkages and minimal condensation. The high structural quality of the obtained lignin was visibly manifested in its significantly lighter color relative to most technical lignins, hence improving its suitability for material applications wherein the color of the end product is important. Next, a green approach to convert lignosulfonate to carbonaceous products was implemented via microwave-assisted hydrothermal carbonization. This resulted in the synthesis of carbon spheres that served as precursors for nanographene oxide (nGO)- type carbon dots, which were characterized as having abundant oxygen- containing functional groups. The nGO-type carbon dots were utilized as building blocks in the development of porous composites for the adsorption of metal ions and cationic dye pollutants. Lastly, microwave-assisted esterification was employed to both hydrophobize alkali lignin and to functionalize the microwave-extracted organosolv lignin with methacrylate units to facilitate their utilization for 3D printing applications. Through this microwave-assisted approach, high degrees of substitution were achieved after a short reaction duration without the need for additional solvents or catalysts. Effective hydrophobization was exemplified in the enhanced thermal stability and compatibility of the hydrophobized lignins in polylactide (PLA), thereby enabling the melt-processing of up to 50 wt% of lignin in PLA thermoplastic blends for fused filament fabrication. Also, successful functionalization of microwave-extracted organosolv lignin with reactive methacrylate moieties enabled it to partake in network formation within a photocurable resin for digital light processing. This ultimately resulted in 3D printed thermosets with improved tensile strength (by 15%) and elongation at break (by 79%) relative to unfilled resin, after the incorporation of just 1 wt% lignin.

Lignins komplexa struktur med dess mångfald av kemiska bindningar möjliggör modifiering och finjustering av dess egenskaper. I denna avhandling presenteras strategier för miljövänliga och effektiva mikrovågsassisterade metoder som syftar till att öka lignins värde som material. Först utvecklades en mild mikrovågsassisterade organosolv-extraktion av lignin från gran. Mikrovågsbestrålning ledde till en effektiv sönderdelning av lignocellulosa och en snabb extraktion av lignin med en välbevarad struktur, med mycket liten kondensation. Den höga kvalitén syntes på dess betydligt ljusare färg jämfört med tekniska ligniner, därmed ökar användbarheten i applikationer där färgen på slutprodukten är viktig. Därefter utvecklades en metod för att omvandla lignosulfonat till kolprodukter genom mikrovågsassisterad hydrotermisk karbonisering. De syntetiserade kolsfärerna användes sedan för tillverkning av nanografenoxidkolprickar med många syreinnehållande funktionella grupper. Kolprickarna användes därefter som byggstenar i porösa kompositer för adsorption av tungmetalljoner och katjoniska färgämnesföroreningar. Slutligen användes mikrovågsassisterad esterifiering för att hydrofobisera alkali-lignin och för att funktionalisera mikrovågsextraherad organosolv-lignin för användning i 3D-printing. På kort tid uppnåddes höga substitutionsgrader med hjälp av den mikrovågsassisterade funktionaliseringen utan att ytterligare lösningsmedel eller katalysatorer användes. En effektiv hydrofobisering var tydlig genom en ökad termisk stabilitet och kompatibilitet med polylaktid, vilket möjliggjorde extrudering av filament och påföljande 3D-printing av blandningar med upp till 50 vikt% lignin. Genom funktionalisering av mikrovågsextraherad organosolv-lignin med reaktiva metakrylatgrupper kunde lignin inkorporeras som en egenskapshöjande del av 3D-printade och UV-härdade nätverk. Material med endast 1 vikt% lignin hade en högre draghållfasthet (15%) och förlängning vid brott (79%) jämfört med nätverk utan lignin.